果胶凝胶的生物医学论文范文

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1果胶的来源和提取方法

1.1热水提取热水提取是用于从水果或蔬菜[6]的细胞壁中提取果胶的传统方法。用这种方法提取是通过向原料中加入酸（柠檬酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸[7-8]），或是加碱（主要为不同质量浓度的NaOH[9]），水的pH值控制在1~10。使用热水提取的主要缺点在于，长期加热可能会导致果胶链的断裂，从而导致聚合度的减少，而且从其他植物残体中分离果胶难度比较大。果胶链的聚合可导致缠结系统能力的降低，这会使凝胶具有较低的机械性能。这种果胶特别适用于药物递送或用于软组织再生，但是不适合于机械性刺激传输在再生过程中起重要作用的组织（即骨或软骨再生）。酸处理也可能引起萃取设备的腐蚀，并且导致水污染的问题，而碱性提取可以降低甲基和乙酰基含量和半乳糖醛酸主链的长度。为了克服这些缺点，Fishman等人提出2种不同的策略来缩短提取时间，采用微波预先处理后的热水提取和通过在压力下用蒸汽喷射加热的方法来减少加热时间。

1.2螯合化合物萃取果胶除多见于初级细胞壁中以外，在中间薄片（在植物细胞壁连接相邻细胞的层）中与钙离子结合，以果胶酸钙的形式存在。用钙螯合化合物的冷热水溶液从中间薄层中提取果胶（如乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸，环己二胺四乙酸-CDTA[10]，咪唑缓冲液，六偏磷酸钠或草酸铵），可以从果胶酸钙中除去钙离子而不损坏其果胶半乳糖醛链。然而，完全去除螯合试剂较难做到，残余的螯合剂严重影响果胶的胶凝特性，降低了形成稳定凝胶的能力。

1.3酶法提取现在，用酶提取果胶的方法也已被充分利用。果胶酶主要从微生物和真菌中提取，用于催化果胶，使其从植物细胞壁中被提取出来。酶处理的方法导致果胶内部链的断裂，从而降低溶液的黏度，溶液更容易过滤和离心。酶法提取的主要缺点是其复杂的生产流程和高成本。此外，如果提取过程没有控制好，果胶会通过酶降解，引起其胶凝性质的改变。总之，这些缺点使酶法提取在生物医学应用提取果胶时不采用。

2凝胶的形成

DE值是衡量果胶酯化度高低的参数，是指果胶分子中平均每100个半乳糖醛酸残基C6位上以甲酯化形式存在的百分数。通常人们将DE值高于50%的果胶称为高甲氧基果胶（HM果胶），反之将DE值低于50%的果胶称为低甲氧基果胶（LM果胶）[11]。高甲氧基果胶溶液要求在pH值2.0~3.8内且体系中含有55%以上的可溶性固体物（多为蔗糖）时，经冷却后可形成非可溶性凝胶。原理是果胶分子间只有相互靠近形成许多结合区，才能达到形成凝胶的三维空间网络，而如果果胶分子所带电荷越多，它们之间相互排斥就越严重，凝胶形成就越难。因此，控制果胶分子电荷数目就成为凝胶形成的关键。溶液pH值在2.0~3.8，可抑制COOH-基团的解离，而高DE值也是减少负电荷的关键。一般来说，DE值越高成胶就越容易，所以高甲氧基果胶在浓度为0.3%时即可形成凝胶。另外，果胶分子间脱水化程度也是影响凝胶形成的重要因素。LM果胶形成凝胶的机理与HM果胶大不相同。由于其DE值低，果胶分子中-COO-相对较多，果胶分子仅靠调节溶液pH值很难形成结合区，此时需要有钙离子的参与，果胶分子能与钙离子等形成“蛋盒”式结合区。在形成凝胶时受钙离子质量浓度影响较大，而受糖及酸含量影响较小，故其凝胶条件溶液pH值为2.6~6.8。影响LM果胶体系凝胶形成的主要因素有pH值、可溶性固体物质含量及种类、果胶质量、果胶DE值、果胶含量和钙离子浓度等[12]。

3果胶在生物学上的应用

果胶凝胶的生物医学应用与其物理性质（水分含量，有能力稳定固定细胞、基因、蛋白质、药物或生长因子的能力）有关。这种凝胶有许多不同的生物医学应用，一般可分为药物输送、基因传递、组织工程和伤口愈合[13]。

3.1鼻腔给药按照惯例，鼻腔给药用于局部疾病，如鼻过敏、鼻塞和鼻感染的治疗。最近研究表明，肽和蛋白质不容易通过注射给药时，可用鼻腔给药途径为全身输送低分子量的药物。鼻腔给药避免了药物肝脏的首过代谢。鼻腔给药适合难以吞咽药片或为那些拒绝肌肉注射治疗的患者使用。果胶无论是对持续的快速给药还是脉冲鼻腔给药都已得到研究。在果胶的这些应用中，芬太尼-果胶鼻腔喷射剂已被证明对改善镇痛发作、治疗效果及癌症疼痛有作用，可以达到快速释放药物的要求。

3.2口服给药口服给药仍是药品管理的首选途径，尤其是对于慢性病症来说，持续服药是必需的。然而，药物输送距离长并且要经历不同的环境条件，如胃里的低pH值和胃蛋白酶的分解，小肠里的微生物也会分解。由于这些原因，蛋白质和多肽药物类药物不适合口服给药，因为胃肠道里的消化酶能将它们分解，经过肠屏障就会导致吸收率低，不易通过小肠。为了保护药物避免其受到降解，能在特定的目标器官里释放，药物被封装成微米或纳米胶囊。果胶则被用来做成胶囊，用来持续的药物递送和遮挡药物的气味。果胶有抵抗胃肠道里具有活性的蛋白酶和淀粉酶降解的能力，而最终被肠道里的菌群降解，这适合结肠药物以及蛋白质和多肽类药物。但是果胶凝胶容易溶胀在水介质中（如胃），并有少量的药物可以释放在胃肠道中。为了克服这个问题，二价离子（如钙、锌）或其他聚合物（如脱乙酰壳多糖、乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素）被用来做成效果更好的果胶凝胶，用于结肠药物的输送。

3.3眼部给药对于各种眼科疾病的治疗方法来说，药物直接滴入眼睛是广为接受和最流行的给药途径。由于眼睛的有效保护机制，眼科药物的生物利用度非常低。眨眼睛和流泪都会除掉进入眼睛里的外来物质，包括药物。水溶性聚合物在生理条件下可以形成水凝胶，例如果胶凝胶，已被评估为新的策略，用来增强药物的接触时间和药物的渗透。吡罗昔康（一种非甾体抗炎药物），用果胶微粒作为眼部运输方法，并对其进行了评估。这个系统不仅可以确保高的生物利用率，而且一些其他运输方法有的缺点，如导致视力模糊、需要进行插入和拔出以及稳定性等问题都得到了改善。

4结论

提供人们所熟知的的多糖、果胶在一些非传统领域中的应用，并介绍此多糖的化学性质、结构特点、来源和提取方法，这些都会影响凝胶的形成，并突出果胶在生物医学上的不同应用。

作者：韩健王永春黄震单位：青岛科技大学化工学院